(57)【要約】【課題】試験体である流体圧アクチュエータに加える負荷の模擬を精度良く行うことが可能な試験装置を提供すること。【解決手段】流体圧アクチュエータ１に連結され流体圧アクチュエータ１の変位を制御する負荷用アクチュエータ１０と、流体圧アクチュエータ１０に接続された第１及び第２ポート２１，２２と流体圧供給源２３との連通を切り換えることによって、流体圧アクチュエータ１の作動を切り換える切換弁２４と、流体圧アクチュエータ１に加える動的模擬負荷を制御する制御手段５０とを備え、制御手段５０は、負荷用アクチュエータ１０によって制御される流体圧アクチュエータ１の変位と、切換弁２４の動作によって制御される第１及び第２ポート２１，２２の圧力とに基づいて動的模擬負荷を制御する。【選択図】図１
2010039893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体としての流体圧アクチュエータに動的模擬負荷を加えて試験を行う流体圧アクチュエータの試験装置であって、
前記流体圧アクチュエータに連結され、当該流体圧アクチュエータの変位を制御する負荷用アクチュエータと、
前記流体圧アクチュエータに接続された第１及び第２ポートと流体圧供給源との連通を切り換えることによって、前記流体圧アクチュエータの作動を切り換える切換弁と、
前記流体圧アクチュエータに加える前記動的模擬負荷を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記負荷用アクチュエータによって制御される前記流体圧アクチュエータの変位と、前記切換弁の動作によって制御される前記第１及び第２ポートの圧力とに基づいて、前記動的模擬負荷を制御することを特徴とする流体圧アクチュエータの試験装置。
【請求項２】
前記第１及び第２ポートの圧力は、前記切換弁のポジションを設定することによって制御されることを特徴とする請求項１に記載の流体圧アクチュエータの試験装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記負荷用アクチュエータに対して前記流体圧アクチュエータの目標変位指令を出力すると共に、前記切換弁に対してポジション設定指令を出力することによって、前記動的模擬負荷を制御することを特徴とする請求項２に記載の流体圧アクチュエータの試験装置。
【請求項４】
前記流体圧アクチュエータの変位を検出する変位検出器をさらに備え、
前記負荷用アクチュエータは、前記変位検出器によって検出された変位と、前記流体圧アクチュエータの前記目標変位指令との偏差に基づいて制御されることを特徴とする請求項３に記載の流体圧アクチュエータの試験装置。
【請求項５】
前記流体圧アクチュエータは、作動流体が封入されたシリンダ本体の内周に沿ってピストンロッドが移動する油圧シリンダであり、
前記制御手段は、前記流体圧アクチュエータの前記動的模擬負荷ｆaを、前記流体圧アクチュエータの変位ｘ、前記第１ポートの圧力ｐe、及び前記第２ポートの圧力ｐrを制御パラメータとする下記数式によって演算することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の流体圧アクチュエータの試験装置。
【数１】
2010039893.tif 000012
【請求項６】
前記演算された前記動的模擬負荷ｆaが予め定められた目標の動的模擬負荷と一致するように、前記各制御パラメータを設定することを特徴とする請求項５に記載の流体圧アクチュエータの試験装置。
【請求項７】
前記動的模擬負荷ｆaの前記演算、及び前記各制御パラメータの設定は、オフラインにて実行されることを特徴とする請求項６に記載の流体圧アクチュエータの試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧アクチュエータに負荷を加えて試験を行う試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試験対象である試験体の試験を行う装置として、特許文献１には、試験体に模擬負荷を加える油圧モータを備え、油圧モータには、油圧供給源から流量制御弁を介して作動油が供給される装置が開示されている。
【０００３】
流量制御弁は、負荷力設定器からの負荷力指令値と負荷力検出装置からの負荷力検出値との偏差に基づいて制御される。
【特許文献１】特開平９−２８０２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、特許文献１に開示の装置は、荷重制御にて駆動される油圧モータによって試験体に模擬負荷を加えるものである。このような装置において、試験体が能動的に作動するアクチュエータである場合には、試験体の作動によって荷重外乱が発生する場合がある。このような場合には、荷重外乱を負荷力検出装置が検出してから試験体に作用する負荷の補正が行われるため、油圧モータが加える模擬負荷には、荷重外乱によってピークが発生してしまい、試験体に加える負荷の模擬を正確に行うことができない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、試験体である流体圧アクチュエータに加える負荷の模擬を精度良く行うことが可能な流体圧アクチュエータの試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、試験体としての流体圧アクチュエータに動的模擬負荷を加えて試験を行う流体圧アクチュエータの試験装置であって、前記流体圧アクチュエータに連結され、当該流体圧アクチュエータの変位を制御する負荷用アクチュエータと、前記流体圧アクチュエータに接続された第１及び第２ポートと流体圧供給源との連通を切り換えることによって、前記流体圧アクチュエータの作動を切り換える切換弁と、前記流体圧アクチュエータに加える前記動的模擬負荷を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記負荷用アクチュエータによって制御される前記流体圧アクチュエータの変位と、前記切換弁の動作によって制御される前記第１及び第２ポートの圧力とに基づいて、前記動的模擬負荷を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、試験体としての流体圧アクチュエータに加える動的模擬負荷は、流体圧アクチュエータの変位と流体圧アクチュエータの第１及び第２ポートの圧力とに基づいて制御される。つまり、流体圧アクチュエータに加える動的模擬負荷は、負荷用アクチュエータが切換弁による流体圧アクチュエータの作動に同期して流体圧アクチュエータの変位を制御することによって制御される。したがって、本発明によれば、試験体が能動的に作動する流体圧アクチュエータである場合でも、流体圧アクチュエータに加える負荷の模擬を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの試験装置１００について説明する。
【０００９】
試験装置１００は、試験体としての流体圧アクチュエータに実際の運用を想定した動的模擬負荷（以下、単に「模擬負荷」と称する）を加えて試験を行う装置であり、本実施の形態では、試験体としての流体圧アクチュエータが作動油（作動流体）の給排によって伸縮する油圧シリンダ１である場合について説明する。
【００１０】
まず、図１を参照して、試験装置１００の構成について説明する。図１は、試験装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１１】
油圧シリンダ１は、作動油が封入されたシリンダ本体２と、シリンダ本体２内に進退自在に挿入されたロッド３と、ロッド３の一端に連結されシリンダ本体２の内周に沿って移動するピストン４とを備える。
【００１２】
シリンダ本体２の内部は、ピストン４によって反ロッド側油室５ａとロッド側油室５ｂとに画成される。
【００１３】
ロッド３の他端は、シリンダ本体２の外部へと延在し、油圧シリンダ１に作用する荷重を検出する荷重検出器１８を介して負荷用アクチュエータ１０に連結される。
【００１４】
負荷用アクチュエータ１０は、サーボ弁１１によって動作が制御され、油圧シリンダ１の変位を制御する。
【００１５】
サーボ弁１１には、コントローラ５０の制御パラメータ設定器１６から出力される油圧シリンダ１の目標変位指令である負荷用アクチュエータ１０の目標変位指令が補償器１２及びアンプ１３を経由して入力される。
【００１６】
このように、負荷用アクチュエータ１０は、油圧シリンダ１の変位が目標変位となるように、油圧シリンダ１を変位制御するものである。なお、負荷用アクチュエータ１０は、油圧アクチュエータ又は電動アクチュエータであってもよく、油圧アクチュエータである場合には、サーボ弁１１は油圧アクチュエータに対する作動油の給排を制御する制御弁であり、電動アクチュエータである場合には、制御パラメータ設定器１６から出力される油圧シリンダ１の目標変位指令は、補償器１２及びアンプ１３を経由して直接電動アクチュエータに入力される。
【００１７】
コントローラ５０は、試験装置１００の動作を制御するものであり、具体的には、油圧シリンダ１に加える模擬負荷を制御するものである。コントローラ５０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）等を備えたコンピュータで構成される。
【００１８】
油圧シリンダ１の変位は、変位検出器１４によって検出され比較器１５に入力される。比較器１５では、制御パラメータ設定器１６から入力された油圧シリンダ１の目標変位指令と変位検出器１４から入力された油圧シリンダ１の変位との偏差が演算される。そして、負荷用アクチュエータ１０は、比較器１５にて演算された偏差がゼロとなるように、サーボ弁１１によって制御される。つまり、負荷用アクチュエータ１０は、油圧シリンダ１の目標変位指令と、変位検出器１４によって検出された油圧シリンダ１の変位との偏差に基づいて制御される。
【００１９】
なお、変位検出器１４を用いたフィードバック制御を行わずに、制御パラメータ設定器１６から出力される油圧シリンダ１の目標変位指令のみによって、油圧シリンダ１の変位を制御するようにしてもよい。
【００２０】
油圧シリンダ１の反ロッド側油室５ａ及びロッド側油室５ｂのそれぞれには、第１ポート２１及び第２ポート２２が接続される。油圧供給源２３と第１及び第２ポート２１，２２との間には、油圧供給源２３と第１及び第２ポート２１，２２と連通を切り換える切換弁２４が介装される。
【００２１】
切換弁２４は、２つのソレノイド２４ａ，２４ｂへの励磁、非励磁を切り換えることによって、そのポジションが切り換わる電磁式切換弁である。
【００２２】
具体的には、制御パラメータ設定器１６からポジション設定指令としてソレノイド２４ａ，２４ｂへ励磁指令が出力されるが、ソレノイド２４ａ，２４ｂが共に非励磁の場合には、切換弁２４は中立ポジションａとなり、第１及び第２ポート２１，２２は、共にタンク２５に接続された戻り通路２７に連通する。
【００２３】
また、ソレノイド２４ａが励磁、ソレノイド２４ｂが非励磁の場合には、切換弁２４は、収縮ポジションｂとなり、第１ポート２１は戻り通路２７に連通すると共に、第２ポート２２は油圧供給源２３に接続された供給通路２６に連通する。これにより、反ロッド側油室５ａの作動油はタンク２５に排出されると共に、ロッド側油室５ｂには作動油が供給されるため、油圧シリンダ１は収縮動作する。
【００２４】
また、ソレノイド２４ａが非励磁、ソレノイド２４ｂが励磁の場合には、切換弁２４は、伸長ポジションｃとなり、第１ポート２１は供給通路２６に連通すると共に、第２ポート２２は戻り通路２７に連通する。これにより、反ロッド側油室５ａには作動油が供給されると共に、ロッド側油室５ｂの作動油はタンク２５に排出されるため、油圧シリンダ１は伸長動作する。
【００２５】
切換弁２４のソレノイド２４ａ，２４ｂには、制御パラメータ設定器１６から励磁指令が入力される。このように、切換弁２４は、制御パラメータ設定器１６から出力されるポジション設定指令によって動作し、油圧シリンダ１の作動を切り換える。
【００２６】
以上のことから、切換弁２４への励磁指令と第１及び第２ポート２１，２２の圧力との関係は、以下の表１のようになる。ここで、第１及び第２ポート２１，２２の圧力をそれぞれｐe，ｐr、及び供給通路２６の作動油の圧力である供給圧力をＰs、戻り通路２７の作動油の圧力である戻り圧力をＰrとする。
【００２７】
【表１】
2010039893.tif 000003
表１に示すように、切換弁２４のソレノイド２４ａ，２４ｂが共に非励磁の場合には、切換弁２４は中立ポジションａとなり、第１及び第２ポート２１，２２は戻り通路２７に連通するため、第１及び第２ポート２１，２２の圧力ｐe，ｐrは、共に戻り圧力Ｐrとなる。
【００２８】
また、ソレノイド２４ａへ励磁指令が出力された場合には、切換弁２４は、収縮ポジションｂとなり、第１ポート２１は戻り通路２７に連通すると共に、第２ポート２２は供給通路２６に連通するため、第１ポート２１の圧力ｐeは戻り圧力Ｐrとなり、第２ポート２２の圧力ｐrは供給圧力Ｐsとなる。
【００２９】
また、ソレノイド２４ｂへ励磁指令が出力された場合には、切換弁２４は、伸長ポジションｃとなり、第１ポート２１は供給通路２６に連通すると共に、第２ポート２２は戻り通路２７に連通するため、第１ポート２１の圧力ｐeは供給圧力Ｐsとなり、第２ポート２２の圧力ｐrは戻り圧力Ｐrとなる。
【００３０】
このように、切換弁２４のソレノイド２４ａ，２４ｂへの励磁指令によって、第１及び第２ポート２１，２２の圧力ｐe，ｐrが制御されることになる。
【００３１】
第１ポート２１及び第２ポート２２のそれぞれには、通過する作動油に抵抗を付与するオリフィス２８，２９が介装される。このため、反ロッド側油室５ａ及びロッド側油室５ｂには、油圧シリンダ１の動作中、それぞれオリフィス２８，２９によって減圧された作動油が供給されることになる。なお、ポートに継手を用いる場合には、継手内径の最も小径の箇所がオリフィス２８，２９となり、その他に別途オリフィスを設けてもよい。
【００３２】
試験装置１００は、以上のように構成され、油圧シリンダ１に実際の運用を想定した模擬負荷を加えて油圧シリンダ１の試験を行う。
【００３３】
コントローラ５０は、制御パラメータ設定器１６からサーボ弁１１を介して負荷用アクチュエータ１０に対して油圧シリンダ１の目標変位指令を出力すると共に、切換弁２４に対してポジション設定指令である励磁指令を出力することによって、油圧シリンダ１の変位を制御すると共に、第１及び第２ポート２１，２２の圧力ｐe，ｐrを制御して、油圧シリンダ１に加える模擬負荷を制御する。
【００３４】
このように、コントローラ５０は、負荷用アクチュエータ１０の変位と同じである油圧シリンダ１の変位と、切換弁２４への励磁指令によって制御される第１及び第２ポート２１，２２の圧力ｐe，ｐrとを制御パラメータとして模擬負荷を制御する。
【００３５】
油圧シリンダ１に加える模擬負荷ｆaは、油圧シリンダ１の目標変位ｘtと、第１及び第２ポート２１，２２の圧力ｐe，ｐrとを制御パラメータとする下記（１）式によって演算される。なお、油圧シリンダ１の目標変位ｘtは、油圧シリンダ１の変位ｘとほぼ等価である。
【００３６】
【数１】
2010039893.tif 000004
【００３７】
以下に、上記（１）式の算出方法について説明する。
【００３８】
油圧シリンダ１に加える模擬負荷ｆaは、パスカルの原理によって下記（２）式で表され、また、第１及び第２ポート２１，２２のポート流量ｑe，ｑrは、オリフィス２８，２９の絞りによって下記（３）式で表される。
【００３９】
【数２】
2010039893.tif 000005
【００４０】
【数３】
2010039893.tif 000006
【００４１】
一方、油圧シリンダ１のピストン速度とポート流量ｑe，ｑrとの関係は、作動油の圧縮効果を無視した連続の式によって下記（４）式で表される。
【００４２】
【数４】
2010039893.tif 000007
【００４３】
（３）式に（４）式を代入し、ポート流量ｑe，ｑrを消去して両辺を２乗すると、下記（５）式が得られる。
【００４４】
【数５】
2010039893.tif 000008
【００４５】
作動油の圧縮効果を無視すると、下記（６）式が成立するため、これを（５）式に適用して以下の（７）式のように整理する。
【００４６】
【数６】
2010039893.tif 000009
【００４７】
【数７】
2010039893.tif 000010
【００４８】
（２）式に（７）式を代入し、反ロッド側油室５ａの圧力ｐe1及びロッド側油室５ｂの圧力ｐr1を消去すると下記（８）式が得られ、（８）式を整理すると上記（１）式が得られる。以上のようにして、（１）式が算出される。
【００４９】
【数８】
2010039893.tif 000011
【００５０】
コントローラ５０は、（１）式によって演算された模擬負荷ｆaが実際の運用を想定して予め定められた目標模擬負荷ｆatと一致するように、後述するイテレーション処理５１によって各制御パラメータ（目標変位ｘt，圧力ｐe，ｐr）を設定する。
【００５１】
そして、コントローラ５０は、設定した制御パラメータ（目標変位ｘt，圧力ｐe，ｐr）に基づいて、制御パラメータ設定器１６から負荷用アクチュエータ１０に対して油圧シリンダ１の目標変位指令を出力すると共に、切換弁２４に対してポジション設定指令を出力する。
【００５２】
これにより、負荷用アクチュエータ１０によって油圧シリンダ１の変位ｘが目標変位ｘtと一致するように制御されると共に、切換弁２４によって第１及び第２ポート２１，２２の圧力ｐe，ｐrが制御され、油圧シリンダ１には目標模擬負荷と一致する模擬負荷が加えられる。
【００５３】
このように、油圧シリンダ１に加えられる模擬負荷は、負荷用アクチュエータ１０によって制御される油圧シリンダ１の変位ｘと、切換弁２４の動作によって制御される第１及び第２ポート２１，２２の圧力ｐe，ｐrとに基づいて制御される。
【００５４】
具体的に説明すると、油圧シリンダ１に加えられる模擬負荷は、第１及び第２ポート２１，２２の圧力とオリフィス２８，２９での圧力損失とに依存している。（１）式における右辺第１項が第１及び第２ポート２１，２２の圧力による負荷効果であり、右辺第２項がオリフィス２８，２９での圧力損失による負荷効果である。第１及び第２ポート２１，２２の圧力は、切換弁２４によって制御され、オリフィス２８，２９での圧力損失は、油圧シリンダ１と連結している負荷用アクチュエータ１０の変位によって制御される。したがって、（１）式に基づいて後述するイテレーション処理５１によって設定された制御パラメータ（目標変位ｘt，圧力ｐe，ｐr）を使用することによって、油圧シリンダ１には目標模擬負荷と一致する模擬負荷が加えられる。
【００５５】
つまり、負荷用アクチュエータ１０が油圧シリンダ１を変位制御すると共に、切換弁２４が第１及び第２ポート２１，２２の圧力を制御することによって、油圧シリンダ１に加えられる模擬負荷が制御される。
【００５６】
なお、油圧シリンダ１に作用する荷重を検出する荷重検出器１８は、荷重を監視するためだけに用いられ、模擬負荷の制御には用いられない。
【００５７】
次に、図２を参照して、コントローラ５０によって行われるイテレーション処理５１について説明する。図２は、イテレーション処理の手順を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、ステップ１にて、仮の制御パラメータ（目標変位ｘt，ソレノイド２４ａ，２４ｂへの励磁指令）を設定する。
【００５９】
次に、ステップ２にて、ステップ１にて設定した仮の制御パラメータ（目標変位ｘt，ソレノイド２４ａ，２４ｂへの励磁指令）を用いて上記（１）式によって模擬負荷ｆaを演算する。
【００６０】
次に、ステップ３にて、ステップ２にて演算した模擬負荷ｆaが予め定められた目標模擬負荷ｆatと一致しているか否かを判定する。
【００６１】
ステップ３にて、模擬負荷ｆaが目標模擬負荷ｆatと一致していないと判定された場合には、ステップ４に進み、制御パラメータ（目標変位ｘt，ソレノイド２４ａ，２４ｂへの励磁指令）の再設定を行った上で、再びステップ２に戻り再設定した仮の制御パラメータ（目標変位ｘt，ソレノイド２４ａ，２４ｂへの励磁指令）を用いて上記（１）式によって模擬負荷ｆaを再演算する。
【００６２】
このように、上記（１）式によって演算した模擬負荷ｆaが目標模擬負荷ｆatと一致するまで、ステップ２〜ステップ４の処理が繰り返される。
【００６３】
ステップ３にて、模擬負荷ｆaが目標模擬負荷ｆatと一致していると判定された場合には、ステップ５に進み、制御パラメータ（目標変位ｘt，ソレノイド２４ａ，２４ｂへの励磁指令）が決定され、イテレーション処理を終了する。
【００６４】
なお、以上のイテレーション処理は、制御パラメータ設定器１６と接続されていないオフラインにて実行される。つまり、試験対象である油圧シリンダ１を実際に動作させて制御パラメータ（変位ｘ，圧力ｐe，ｐr）を決定するものではない。そのため、油圧シリンダ１に余計なストレスを加えることがない。
【００６５】
このようにして決定された制御パラメータ（目標変位ｘt，ソレノイド２４ａ，２４ｂへの励磁指令）を基に、制御パラメータ設定器１６から負荷用アクチュエータ１０及び切換弁２４に出力されるポジション設定指令によって、油圧シリンダ１には目標模擬負荷と一致する模擬負荷が加えられる。
【００６６】
以上に示す実施の形態によれば以下に示す効果を奏する。
【００６７】
試験体としての油圧シリンダ１に加えられる模擬負荷は、油圧シリンダ１の変位ｘと第１及び第２ポート２１，２２の圧力ｐe，ｐrとに基づいて制御される。つまり、模擬負荷は、負荷用アクチュエータ１０が切換弁２４による油圧シリンダ１の作動に同期して油圧シリンダ１の変位を制御することによって制御される。
【００６８】
このように、模擬負荷は、油圧シリンダ１に作用する荷重を検出し、その検出した荷重を基に制御するものではない。
【００６９】
したがって、本実施の形態のように、試験体が能動的に作動する油圧シリンダ１であっても、油圧シリンダ１の作動によって発生する荷重外乱によって模擬負荷にピークが発生することが防止され、油圧シリンダ１に加える負荷の模擬を精度良く行うことができる。
【００７０】
また、負荷用アクチュエータが試験体である油圧シリンダの荷重を制御する従来の試験装置では、試験中、油圧シリンダのストローク中心が次第にずれてしまう場合がある。しかし、本実施の形態における負荷用アクチュエータ１０は、油圧シリンダ１の変位を制御するものであるため、試験中、油圧シリンダ１のストローク中心がずれることがなく、安定した試験を行うことができる。
【００７１】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００７２】
例えば、試験体は油圧モータであってもよく、その場合には、油圧モータに加えられる模擬負荷は、油圧モータの回転角変位と、油圧モータを正転逆転させるために作動油を給排する第１及び第２ポートの圧力とに基づいて制御される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、流体圧アクチュエータに負荷を加えて試験を行う試験装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態に係る流体圧アクチュエータの試験装置の構成を示すブロック図である。
【図２】イテレーション処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
１００  試験装置
１      油圧シリンダ
４      ピストン
５ａ    反ロッド側油室
５ｂ    ロッド側油室
１０    負荷用アクチュエータ
１４    変位検出器
１６    制御パラメータ設定器
２１    第１ポート
２２    第２ポート
２３    油圧供給源
２４    切換弁
２４ａ，２４ｂ  ソレノイド
２５    タンク
２６    供給通路
２７    戻り通路
２８，２９  オリフィス
５０    コントローラ
５１    イテレーション処理
【図１】
2010039893.tif 000013
【図２】
2010039893.tif 000014